有機無機肥配施對冬小麥產量和土壤養分及酶活性的影響

摘 要：【目的】研究有機無機肥配施對冬小麥生長發育和土壤質量的影響。

【方法】采用隨機區組試驗設計，設置不施肥（CK）、常規施肥（CF）、有機肥替代25%化肥（CF+M25）、有機肥替代50%化肥（CF+M50）、有機肥替代75%化肥（CF+M75）、單施有機肥（M）6個處理，在小麥返青、拔節、開花、灌漿期采集0～20 cm耕層土壤，分析小麥各生育時期有機無機肥配施條件下土壤酶活性與小麥產量、土壤養分的內在關系。

【結果】與常規施肥處理相比，CF+M25和CF+M50處理使小麥單位面積穗數、穗粒數增加；單施有機肥處理使冬小麥產量降低，比25%、50%、75%有機肥替代處理分別降低16.2%、15.9%和 16.8%；CF+M25處理和CF+M50處理全氮含量呈持續增加的趨勢，在成熟期達到最大值。小麥各生育時期速效鉀含量以單施有機肥處理最高，與其他處理差異顯著，并在拔節期達到最大值297.5 mg/kg，比常規施肥處理顯著提高50.5%；土壤酶活性均與有效磷含量達極顯著相關水平，與速效鉀之間未達顯著相關水平。

【結論】土壤養分、酶活性和冬小麥產量之間密切相關，有機肥配施30%左右產量最高。

關鍵詞：有機無機肥配施；冬小麥；產量；土壤養分；土壤酶活性

中圖分類號：S512.1 ""文獻標志碼：A ""文章編號：1001-4330（2024）08-1845-08

收稿日期（Received）：2024-01-15

基金項目：新疆維吾爾自治區自然科學青年基金項目（2020D01B53）；新疆維吾爾自治區“三農”骨干人才培養項目（2022SNGGNT008）

作者簡介：候麗麗（1988-），女，新疆昌吉人，高級農藝師，研究方向為作物栽培與育種，（E-mail）houliliyili@foxmail.com

通訊作者：王偉（1988-），男，新疆昌吉人，高級農藝師，研究方向為作物栽培，（E-mail）894386815@qq.com

0 引 言

【研究意義】化肥是作物增產的貢獻因子之一［1］，土壤酶活性作為生態系統養分循環的關鍵因素，是表征土壤質量和土壤肥力的重要指標之一，施肥方式、有機無機肥配施比例和生育期均可影響酶活性。土壤肥力低是小麥高產的重要限制因子，土壤全氮、有機質、有效磷和速效鉀含量是衡量土壤肥力的重要指標，酶是土壤組分中最活躍的有機成分之一，在土壤生物化學循環中起重要作用，土壤酶來源于土壤中動物、植物和微生物細胞的分泌物及其殘體的分解物。通過改變施肥方式進而改善土壤結構，以有機肥投入調節土壤養分供應，促進作物生長發育，以達到作物增產、維護土壤生態平衡效果［2-3］。【前人研究進展】不同有機無機肥料配施方式因肥料種類、土壤質地、氣候因子、施肥年限和施肥方式的差異［4-6］，土壤理化性質以及微生物活動均引發生相應變化［7-8］。長期氮磷和有機肥配施不僅直接增加了氮、磷和有機質等養分含量，而且顯著增加有益微生物，改善作物根系環境，提高土壤肥力［9］。有機肥與化肥配施處理顯著促進小麥對肥料氮吸收，增加氮素利用效率，在有機肥替代20%化學氮肥條件下使小麥生物量提高了7.21%，比單施化肥能降低土壤氨揮發，實現作物高產［10-13］。微生物是土壤養分循環和物質轉化的主要驅動因素，其活性與土壤酶活性密切相關，由施肥方式變化所引起酶活性的快速響應能在一定程度上反映土壤養分變化，可作為表征土壤生物活性的重要指標［14］。桑文等［15］研究發現，有機無機結合的施肥方式顯著提高土壤蛋白酶、轉化酶、纖維素酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷的活性，促進了植物養分吸收，營造了良好的土壤微環境。有機肥中的微生物菌群有助于快速活化土壤養分，改善根際生態環境，提升養分含量。【本研究切入點】目前，有機肥替代化肥對土壤養分相關研究較多，但結果有差異，紀耀坤［16］試驗發現有機無機肥配施可顯著提高土壤全氮、堿解氮含量。徐路路等［17］研究表明，有機肥替代處理的土壤全氮含量均比單施化肥小，只有在施肥第5年純有機肥處理的土壤全氮含量在一定程度上較單施化肥增加 7.91%。因此，進一步研究有機無機肥配施方式下冬小麥主要生育時期土壤養分的變化十分必要。【擬解決的關鍵問題】等氮量條件下，以新疆伊犁河谷冬小麥為研究對象，基于小麥生長不同生育時期耕層土壤養分和土壤酶活性監測，研究化肥減量配施生物有機肥對小麥產量構成因素和土壤養分及酶活性的影響，分析伊犁河谷麥田有機肥替代化學氮肥最佳比例。

1 材料與方法

1.1 材 料

2021年10月～2022年7月試驗設在新疆伊犁哈薩克自治州農業科學研究所試驗基地（43°56′N，81°23′E），屬中溫帶大陸性氣候。平均氣溫為10.1℃，年降水量為273.6 mm，年蒸發量957.1 mm，年日照時數2 886.7 h，無霜期213 d。試驗地前茬和當季作物均為冬小麥，土壤類型為灰鈣土。供試品種為新冬42號。以尿素（N含量46.4%）和當地市售的商品有機肥（13%N、0%P2O5、2%K2O、有機質gt;45%）作為氮肥來源。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗為完全隨機區組設計，以總氮含量相等為原則，設置6個施肥處理：不施肥（CK）、常規施肥（CF）、有機肥替代25%化肥（CF+M25）、有機肥替代50%化肥（CF+M50）、有機肥替代75%化肥（CF+M75）、單施有機肥（M），各施肥處理的總氮量均為195 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2，K2O 30 kg/hm2，有機肥所帶入的鉀含量忽略不計。小區面積15 m×15 m=225 m2，3次重復。有機肥、磷肥、鉀肥做基肥一次性施入，尿素按6∶4的質量比分別于基肥、拔節期追肥人工撒施。冬小麥播量300 kg/hm2，行距20 cm，播深3～4 cm，設置保護行，大田常規管理。表2

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 樣品采集

土壤樣品：于小麥返青期（3月20日）、拔節期（4月15日）、灌漿期（5月20日）、成熟期（6月25日）在試驗小區內采用對角線法選取5個采樣點，用土鉆取0～20 cm耕層土壤，去除雜質后混勻，一部分土壤保存到-20℃冰箱中用于土壤酶活性的測定，一部分自然風干后研磨過篩測定土壤理化指標。

土壤化學指標：全氮含量用凱氏定氮法測定；有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用1 mol/L乙酸銨溶液浸提-火焰光度法測定［18］。

土壤酶活性：土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；脲酶活性采用苯酚鈉比色法。參考《土壤酶及其研究法》［19］測定。

1.2.2.2 產 量

在小麥成熟期，每小區取50 m2實打實收，計算產量。

1.3 數據處理

采用Excel2017進行數據整理，用DPS7.0進行統計分析，用Orgin2021作圖。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對冬小麥籽粒產量及其構成因素的影響

研究表明，有機無機肥配施對冬小麥產量及其構成因素有影響，且對各因素的影響程度不同。與CK處理相比，施肥顯著提高了小麥穗數、穗粒數、千粒重和產量，肥料是作物增產主要驅動因素。與CF處理相比，25%（CF+M25）和50%（CF+M50）有機肥處理使小麥單位面積穗數、穗粒數增加，但產量差異不顯著。M處理產量低于其他施肥處理，分別較CF、CF+M25和CF+M50處理降低1 012.5、991.1和1 057.5 kg/hm2，降幅分別為16.2%、15.9%和16.8%，達到顯著水平，有機肥內的速效養分不能滿足小麥生長對養分的需求，降低了成穗數、穗粒數和千粒重，從而影響小麥產量。配施比例與產量的回歸方程為Y =-305.49X2 + 1 850.8X + 3 466.6，R2 = 0.851 5，相比單施化肥處理，配施有機肥可節省30.3%氮肥投入，能夠達到理論最高產量6 633.5 kg/hm2，同時增產6.12%。表3

2.2 有機無機肥配施對土壤養分的影響

研究表明，土壤全氮變化范圍在0.94～1.12 g/kg，隨著冬小麥生長發育，CF+M25和CF+M50處理全氮含量呈持續增加的趨勢，在成熟期達到最大值，并與CK和M處理差異顯著。不同施肥處理對土壤有效磷和速效鉀含量影響不同，有效磷表現為拔節期含量最高，小麥生長前期單施化肥處理高于配施有機肥處理，生育后期中量有機肥配施高于單施化肥處理；各生育時期速效鉀含量以M處理最高，與其他處理差異顯著，并在拔節期達到最大值297.5 mg/kg，比CF處理顯著提高50.5%。圖1

2.3 有機無機肥配施對土壤酶活性的影響

研究表明，隨著冬小麥生育時期的推移，土壤蔗糖酶呈持續增加的趨勢，土壤過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶呈先增加后降低的趨勢，在拔節期磷酸酶和脲酶活性達到最大，過氧化氫酶活性在灌漿期達到峰值。CF+M25處理的蔗糖酶和CF+M50處理的土壤磷酸酶活性在拔節期、灌漿期、收獲期顯著高于單施化肥處理，與CF處理相比蔗糖酶活性分別增加8.9%、7.3%和3.4%，磷酸酶活性分別增加3.3%、9.3%和7.1%。不同施肥處理下各生育時期內過氧化氫酶有相同的趨勢，隨著施肥比例的增加酶活性呈降低的趨勢，在CF+M25處理下有最大活性，變化范圍在1.80～2.62 mL/g。表4

2.4 產量、土壤酶活性與土壤養分的相關性

研究表明，土壤酶活性均與有效磷含量達極顯著相關水平，與速效鉀之間未達顯著相關水平；脲酶、過氧化氫酶與有機質、全氮達顯著相關水平；磷酸酶與有機質、全氮呈顯著正相關；蔗糖酶與有機質、全氮未達顯著相關；土壤酶活性均與產量呈極顯著正相關；產量與有機質、全氮呈顯著正相關。表5

3 討 論

3.1 有機無機肥配施對滴灌冬小麥籽粒產量及其構成因素影響

生物肥料因其成分中包含功能微生物菌劑和有機質養分，施用后驅動土壤有機物分解、養分循環和能量流動，對改善土壤理化環境、提高土壤肥力具有重要作用［20］。適量范圍內有機無機肥配施可提高或穩定作物產量，但其最佳配施比例因土壤質地、作物類別、有機肥種類、土壤肥力及有機肥投入持續時間而有所差異［21］。王書停等［22］研究表明，相比單施化肥處理，合理配施有機肥可節省氮肥投入同時也能滿足作物生產需求達到穩產、增產。試驗結果發現，配施30%有機肥在節省化學氮投入的基礎上，可達到理論最高產量，純有機肥處理產量低于有機無機肥配施處理，分別較CF、CF+M25、CF+M50處理降幅為 16.2% 、15.9%和 16.8%，并達到顯著水平，是因為有機肥內的速效養分不能滿足小麥生長對養分的需求，降低了成穗數、穗粒數和千粒重，從而影響小麥產量，與前人研究結果相一致。

3.2 有機無機肥配施對土壤理化性質的影響

生物有機肥本身含有大量的有機物質和未礦化營養元素，長期施用對土壤養分含量有累積效應，能明顯提高土壤養分含量［23］。李皓等［24］研究認為，減少氮肥施用同時配施有有機肥能夠提升土壤有機質含量，且生物有機肥提升效果更明顯。在冬小麥的整個生育期，有機無機肥配施處理可顯著提高 0～20 cm 土層土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀、硝態氮含量［25］。有機肥替代 75% 化肥氮可以提高作物產量和氮效率，增加年經濟效益，同時有效減少土壤硝態氮的殘留量［26］。卜容燕等［27］經過3年雙季稻有機肥配施化肥試驗發現，土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量增加，一方面是有機肥增加了土壤有機質的投入；另一方面可能是有機無機肥配施處理水稻產量持續增加，根系凋落物等大量殘留在土壤中，擴充了土壤碳庫，從而提高了土壤系統生產力，有機無機肥配施是提高作物產量、改善土壤養分和減少溫室氣體排放指數的有效措施。試驗結果表明，隨著冬小麥生長發育，CF+M25和CF+M50處理全氮含量呈持續增加的趨勢，在成熟期達到最大值。

3.3 有機無機肥配施對土壤酶活性的影響

微生物細胞是土壤酶主要來源，與土壤酶共同推動土壤的代謝過程［28］。土壤酶活性與土壤養分含量、耕地地力狀況和栽培措施有著顯著的相關性［29］，通過調節施肥方式、耕作模式可有效提升土壤酶活性［30］。脲酶、磷酸酶和蔗糖酶屬于水解酶類，能水解多糖、蛋白質等大分子物質，從而形成簡單的、易被植物吸收的小分子物質，對于土壤生態系統中的碳、氮、磷循環具有重要作用［31］。有機肥對改善土壤質量的貢獻逐漸顯現［32］。研究發現，有機無機肥配施在一定程度上能使脲酶活性和磷酸酶活性激活，在拔節期磷酸酶和脲酶活性達到最大，與前人［33］

對旱地麥田的研究結果相一致，潛在的機制是有機肥的施用促進小麥根系的生長和根系在深層土壤中的分布，提高了小麥根際微生物的活性。朱長偉等［34］研究發現，在同一生育時期輪耕處理比傳統耕作提高了土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶的活性，隨著生育時期的推進，土壤蔗糖酶活性逐漸增高，在成熟期達到峰值，試驗研究結果與其一致。

4 結 論

有機肥替代25%化肥（CF+M25處理）和有機肥替代50%化肥（CF+M50處理）使冬小麥單位面積穗數、穗粒數增加，相比單施化肥處理，配施有機肥可節省30.3%氮肥投入，能夠達到理論最高產量6 633.5 kg/hm2，同時增產6.12%。配施有機肥，顯著影響土壤中酶的活性。脲酶活性以 CF+M25和CF+M50處理最高，在CF+M25處理下過氧化氫酶活性最大。在新疆干旱半干旱地區，在常規化肥減量30%左右配施有機肥，有利于為該地區提供良好的土壤生態環境。

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Effects of organic and inorganic combined application on yield，

soil nutrients and enzyme activities of winter wheat

HOU Lili1，2，WANG Wei3，CUI Xinju2，ZHOU Dawei2

（1.Agricultural Science Research Institute of the Sixth Division of Xinjiang Production and Construction Corps，Wujiaqu Xinjiang 831301，China；2.Yili Institute of Agricultural Science，Yining" Xinjiang 835000，China；3.Agricultural Technology Service in Yining City，Yining Xinjiang 835000，China）

Abstract：【Objective】 To further investigate the effects of organic inorganic combination application on winter wheat growth and soil quality.

【Methods】 A randomized block design of experiments was used to set six treatments： no fertilization， farmers' conventional fertilization， manure rplacing 25%（CF+M25） chemical fertilizer， manure replacing 50%（CF+M50） chemical fertilizer， manure replacing 75%（CF+M75） chemical fertilizer， and single application of manure. 0-20 cm of arable soil was collected at the turning green， jointing， flowering， and filling stages， and the internal relationship between soil enzyme activity and wheat yield， soil nutrients under the condition of organic and inorganic fertilizer application at each growth stage was discussed.

【Results】 Compared with the conventional fertilization treatment for farmers， 25% and 50% manure treatment increased the number of ears and grains per ear per unit area; The yield of winter wheat under M treatment was 16.2%， 15.9% and 16.8% lower than those under 25%（CF+M25）， 50%（CF+M50） and 75%（CF+M75） manure replacement treatments， respectively; The total nitrogen content of CF+M25 and CF+M50 treatments showed a continuous increasing trend， reaching its maximum value during the mature period. The highest available potassium content was observed in the M treatment at each growth stage， which showed a significant difference compared to other treatments. It reached its maximum value of 297.5 mg/kg during the jointing stage， significantly increasing by 50.5% compared to the CF treatment; Soil enzyme activity was highly significantly correlated with available phosphorus content， but not significantly correlated with available potassium.

【Conclusion】 Soil nutrients， enzyme activities and winter wheat yield are closely related. The combination of manure with 30% can achieve the theoretical maximum yield.

Key words：combined application of organic and inorganic fertilize；winter wheat; yield；soil nutrient；soil enzyme activity

Fund projects：Natural Science Youth Fund Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2020D01B53）; \" Agriculture， Rural and Farmers \" Backbone Talent Training Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022SNGGNT008）

Correspondence author：WANG Wei（1988-），male，from Changji， Xinjiang，senior agronomist，research direction： crop cultivation， （E-mail） 894386815@qq.com